Method Article

Misurare Materiale microstruttura Under flusso Utilizzo di 1-2 aereo Flow-Small Angle Neutron Scattering

DOI:

10.3791/51068

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February 6th, 2014

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1Center for Neutron Science, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Delaware, 2NIST Center for Neutron Research, National Institute of Standards and Technology, 3Institut Laue-Langevin

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Una cella a taglio è sviluppato per piccoli angoli misure di scattering di neutroni nel gradiente piano velocità-velocità di taglio ed è utilizzato per caratterizzare fluidi complessi. Misure risolta spazialmente nella direzione del gradiente di velocità sono possibili per lo studio dei materiali shear-banding. Le applicazioni includono ricerche di dispersioni colloidali, soluzioni polimeriche e strutture auto-assemblate.

Abstract

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Un ambiente nuovo campione di scattering di neutroni a basso angolo (SANS) ottimizzato per studiare la microstruttura dei fluidi complessi inferiore a semplice flusso di taglio è presentato. La cella shear SANS costituito da un cilindro geometria Couette concentrica che viene sigillato e girevole attorno ad un asse orizzontale in modo che la direzione vorticità del campo di moto è allineato con il fascio di neutroni consentendo dispersione dal piano 1-2 di taglio (velocità-gradiente di velocità rispettivamente). Questo approccio è un progresso rispetto ambienti campione cellulare shear precedenti in quanto vi è un forte accoppiamento tra la reologia rinfusa e caratteristiche microstrutturali nel piano di taglio 1-2. Flow-instabilità, come shear banding, può anche essere studiato da misure spazialmente risolte. Ciò si ottiene in questo ambiente campione utilizzando una stretta apertura per il fascio di neutroni e la scansione lungo la direzione del gradiente di velocità. Tempo di esperimenti risolti, come il flusso di start-up e grande ampiezza oscillatoria leiflusso di Ar sono possibili anche dalla sincronizzazione del moto di taglio e la rilevazione risolta nel tempo di neutroni sparse. Risultati rappresentativi utilizzando i metodi descritti qui dimostrano la natura utile di risoluzione spaziale per la misurazione della microstruttura di una soluzione micellare wormlike che presenta bande di taglio, un fenomeno che può essere studiata solo risolvendo la struttura lungo la direzione del gradiente di velocità. Infine, i potenziali miglioramenti al disegno corrente vengono discusse insieme con suggerimenti per esperimenti supplementari come motivazione per futuri esperimenti su una vasta gamma di fluidi complessi in una varietà di movimenti di taglio.

Introduction

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Sviluppare una comprensione scientifica di un fenomeno naturale richiede misurazioni accurate e precise. Metrologia è anche la base di ingegneria di successo e progettazione di nuovi processi e materiali. Reologia è la scienza della deformazione e flusso di materia. Reologia è centrale nella nostra capacità di trattare un'ampia varietà di materiali e viene utilizzato anche da formulatori di prodotti di indirizzare specifiche proprietà del materiale. Tipici esempi del primo tipo sono i polimeri per stampaggio o materiali compositi che costituiscono, mentre il secondo comprende lo sviluppo di prodotti di consumo quotidiano come vernici, shampoo e prodotti ....

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Protocol

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La Figura 2 mostra una cella di taglio assemblata collegato alla piastra, che è montato per la basetta sulla scena ambiente campione e allineato nel fascio di neutroni per un esperimento SANS. Il motore passo-passo, riduttore e trasmissione a cinghia, spacco fase motore, cellula taglio e la direzione del fascio di neutroni sono etichettati in Figura 2. Il presente protocollo fornisce indicazioni per il montaggio della cella di taglio (sezione 1), montare la cella di taglio sul palco ambiente campione (sezione 2), calibrando la geometria di un esperimento di SANS (sezione 3), il caricamento di un campione (sezione 4), in esecuzione un....

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Results

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Risultati rappresentativi di un esperimento flusso SANS successo sono riportati nelle figure 9, 10 e 11. Questi esempi sono da indagini effettuate su una soluzione wormlike micella (WLM) (Tabella 1), noto per esibire bande di taglio durante certe condizioni di taglio. Una discussione completa delle scoperte scientifiche in cui si trovano i riferimenti 15-17.

Figura 10 rappresenta i risultati di un modello di dispe.......

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Discussion

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Un nuovo strumento in grado di misurare la microstruttura di tosatura fluidi complessi nel gradiente piano velocità-velocità di taglio con piccolo angolo di scattering di neutroni è sviluppato e convalidato. Il design delle cellule taglio integra altri strumenti che utilizzano fonti di radiazioni, come X-ray e diffusione della luce, così come strumenti rheo-SANS in grado di caratterizzare la microstruttura negli altri due piani di taglio (velocità-vorticità e il gradiente di velocità-vorticità) 8 , 10. Tale s.......

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Disclosures

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgements

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Noi riconosciamo il Maestro Macchinista Al Lance dell'Università del Delaware per la lavorazione della cella di taglio e il signor Cedric Gagnon per la progettazione e la redazione. Questo manoscritto è stato redatto in accordo cooperativo 70NANB7H6178 dal NIST, Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti. Questo lavoro strutture sostenute in parte dalla National Science Foundation sotto Agreement No. DMR-0944772 utilizzata. Le dichiarazioni, i risultati, le conclusioni e le raccomandazioni sono quelle dell'autore (s) e non riflettono necessariamente la vista del NIST o del Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Acqua deuterata (99,9%)Cambridge Isotopi7789-20-083,3 % in peso in formulazione
D2O
CTAB- Cetyltrimethylammonium Bromide Sigma-Aldrich57-09-016,7 % in peso in formulazione
CH3(CH2)15N(Br)(CH3)3
1/16 in Chiave
brugola 3/16 in Chiave
3/8 in Chiave
Nastro
sigillante per filettature
Siringhe (2)
a a brugolaa forchettaNastro

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Larson, R. G. The Structure and Rheology of Complex Fluids. , Oxford University Press. (1999).
  2. Wagner, N. J., Brady, J. F. Shear thickening in colloidal dispersions. Phys.Today. 62, 27-32 (2009).
  3. Fardin, M. A., et al.

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Tags

Small Angle Neutron ScatteringShear Cell Sample EnvironmentVelocity Gradient PlaneConcentric Cylinder CouetteSpatial Resolution MeasurementsFlow Instability AnalysisWormlike Micelle SolutionShear Banding PhenomenonTime Resolved ExperimentsNeutron Beam Alignment

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